江苏省南通市海安市2022-2023学年高一下学期阶段检测（一）物理试题（学生版+教师版）

海安市2022-2023学年高一下学期阶段检测（一）
物理
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分。每题只有一个选项最符合题意。
1. 一个物体在几个恒定的共点力作用下处于平衡状态，现去掉一个力，则物体（　　）
A. 一定做匀变速直线运动
B. 可能做匀变速曲线运动
C. 可能做匀速圆周运动
D. 一定做曲线运动
2. 做自由落体运动的物体在前一半位移内重力做功的平均功率与后一半位移内重力做功的平均功率之比为（　　）
A. 1∶5 B. 1∶4 C. 1∶(－1) D. 1∶(＋1)
3. 假设在宇宙中存在这样三个天体A、B、C，它们在一条直线上，天体A离天体B的高度为某值时，天体A和天体B就会以相同的角速度共同绕天体C运转，且天体A和天体B绕天体C运动的轨道都是圆轨道，如图所示。以下说法正确的是（　　）
A. 天体A做圆周运动的加速度小于天体B做圆周运动的加速度
B. 天体A做圆周运动的速度小于天体B做圆周运动的速度
C. 天体A做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力
D. 天体B做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力
4. 如图所示，毛毛虫沿着树枝向上爬行一段距离，树枝与水平方向有一定夹角，则在该运动过程中（ ）
A. 树枝对毛毛虫做的功为零
B. 重力对毛毛虫做的功为零
C. 树枝对毛毛虫的弹力做负功
D. 摩擦力对毛毛虫做负功
5. 如图所示，长为L的轻杆，一端固定一个质量为m的小球，另一端固定在水平转轴O上，杆随转轴O在竖直平面内匀速转动，角速度为，某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直，则此时杆与水平面的夹角是（重力加速度为）（　　）
A. B. C. D.
6. 将一乒乓球竖直向上抛出，乒乓球在运动过程中，它动能随时间变化的关系的图线如图所示。已知乒乓球运动过程中，受到的空气阻力与速率成正比，重力加速度为g。则乒乓球在整个运动过程中加速度的最大值为（　　）
A. 5g B. 4g C. 3g D. 2g
7. 若地球半径为R，把地球看作质量分布均匀的球体。“蛟龙号”下潜深度为d，“天宫一号”轨道距离地面高度为h，“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度大小之比为（质量分布均匀的球壳对内部物体的万有引力为零）（　　）
A. B. C. D.
8. 如图所示，两个圆锥内壁光滑，竖直放置在同一水平面上，圆锥母线与竖直方向夹角分别为30°和60°，有A、B两个质量相同的小球在两圆锥内壁等高处做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A. A、B球受到的支持力之比为：3
B. A、B球的向心力之比为：1
C. A、B球运动角速度之比为3：1
D. A、B球运动的线速度之比为1：3
9. 如图所示，一卫星在距地面高度刚好等于地球半径的轨道上做匀速圆周运动，其轨道平面与地球赤道平面重合，转动方向和地球自转方向相同，在地球赤道上某处有一个可以接收卫星信号的基站。已知地球的半径为R，自转周期为T，第一宇宙速度为v，引力常量为G，则由以上信息可求得（　　）
A. 地球的质量为
B. 该卫星的周期为
C. 基站能够连续接收到卫星信号的最长时间为
D. 地球同步卫星的轨道径为
10. 如图所示，在某行星表面上有一倾斜的匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30，圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度转动，盘面上离转轴距离L处有一小物体与圆盘保持相对静止，当圆盘的角速度为ω时，小物块刚要滑动。物体与盘面间的动摩擦因数为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），该星球的半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是（　　）
A. 这个行星的质量
B. 这个行星的第一宇宙速度
C. 这个行星的同步卫星的周期是
D. 离行星表面距离为R的地方的重力加速度为
二、非选择题：共5题，共60分。其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置。
（1）下列实验的实验方法与本实验相同的是_________。
A．验证力的平行四边形定则
B．验证牛顿第二定律
C．伽利略对自由落体的研究
（2）若长槽上挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等。探究向心力和角速度的关系时，若将传动皮带套在两半径之比等于3：1的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板_________和挡板_________处（填“A”、“B”或“C”），则标尺露出红白相间的等分格数的比值约为_________。若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，可以发现向心力F与_________成正比。
（3）为了能探究向心力大小的各种影响因素，左右两侧塔轮_________（填“需要”或“不需要”）设置半径相同的轮盘。
（4）你认为以上实验中产生误差的原因有_________（写出一条即可）。
（5）利用传感器升级实验装置，用力传感器测压力，用光电计时器测周期进行定量探究。某同学多次改变转速后，记录一组力与对应周期数据，他用图像法来处理数据，结果画出了如图所示图像，该图线是一条过原点的直线，请你分析他的图像横坐标x表示的物理量是_________。
A．T B． C．T2 D．
12. 由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同：若地球表面两极处的重力加速度大小为g0，在赤道处的重力加速度大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G，地球可视为质量均匀分布的球体。求：
（1）地球半径R；
（2）若地球自转速度加快，当赤道上的物体恰好能“飘”起来时，求此时地球自转周期T'。
13. 如图甲所示，静止在水平地面上一个质量为的物体，在水平推力F作用下运动，推力F随位移x变化的图像如图乙所示，已知物体与地面之间的动摩擦因数为，。求：
（1）运动过程中物体的最大加速度大小；
（2）物体的速度最大时距出发点的距离；
（3）物体停止的位置距出发点的距离。
14. 某同学设计贯通地球的弦线列车隧道：质量为m的列车不需要引擎，从入口的A点由静止开始穿过隧道到达另一端的B点，为隧道的中点，与地心O的距离为，地球是半径为R的质量均匀分布的球体，地球表面的重力加速度为g。已知，质量均匀分布的球壳对球内物体引力为0，P点到的距离为x，不计空气阻力与摩擦。求：
（1）列车在隧道中A点的合力F；
（2）列车运动到P点时的加速度a；
（3）列车运动过程中的最大速度v。
15. 如图所示，ABCD为固定在竖直平面内的光滑轨道，AB段为水平轨道，BC段为圆心角θ=37°、半径为6l的圆弧轨道，CD段平直倾斜轨道，各段轨道均平滑连接。AB段的右侧有一缓冲装置，劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，轻杆与槽间的滑动摩擦力Ff=4mg，轻杆向右移动不超过l时，装置可安全工作。若将一质量为m的滑块从C点由静止释放，滑块撞击弹簧后将导致轻杆向右移动。轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
（1）若滑块从C点由静止释放，经过圆弧轨道B点时，求滑块对轨道的压力；
（2）为使缓冲装置能安全工作，求允许滑块释放点离C点最大距离；
（3）在缓冲装置安全工作时，试讨论该物块第一次被弹回后上升距B点的最大高度h'与释放时距B点的高度h之间的关系。
海安市2022-2023学年高一下学期阶段检测（一）
物理 答案解析
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分。每题只有一个选项最符合题意。
1. 一个物体在几个恒定的共点力作用下处于平衡状态，现去掉一个力，则物体（　　）
A. 一定做匀变速直线运动
B. 可能做匀变速曲线运动
C. 可能做匀速圆周运动
D. 一定做曲线运动
【答案】B
【解析】
【详解】A．一个物体在几个恒定的共点力作用下处于平衡状态，即物体可能是静止状态也可能是匀速直线运动状态；若物体处于静止状态，去掉一个力，物体将做匀变速直线运动；若物体处于匀速直线运动状态，去掉一个力，如去掉的力的方向与运动方向在同一直线上，物体将做匀变速直线运动；如去掉的力的方向与运动的方向不在同一直线上，物体将做匀变速曲线运动，A错误；
B．若物体处于匀速直线运动状态，去掉一个力，如去掉的力的方向与运动的方向不在同一直线上，物体将做匀变速曲线运动，B正确；
C．由于去掉的是恒力，故物体一定做匀变速运动，而匀速圆周运动是非匀变速运动，C错误；
D．去掉一个力，物体可能做直线运动，也可能做曲线运动，D错误；
故选B。
2. 做自由落体运动的物体在前一半位移内重力做功的平均功率与后一半位移内重力做功的平均功率之比为（　　）
A. 1∶5 B. 1∶4 C. 1∶(－1) D. 1∶(＋1)
【答案】D
【解析】
【详解】两段位移相同，故重力做功相等，即
由于物体做自由落体运动，连续两段相等位移的时间之比为
故平均功率之比为
故D正确，A、B、C错误；
故选D。
3. 假设在宇宙中存在这样三个天体A、B、C，它们在一条直线上，天体A离天体B的高度为某值时，天体A和天体B就会以相同的角速度共同绕天体C运转，且天体A和天体B绕天体C运动的轨道都是圆轨道，如图所示。以下说法正确的是（　　）
A. 天体A做圆周运动的加速度小于天体B做圆周运动的加速度
B. 天体A做圆周运动的速度小于天体B做圆周运动的速度
C. 天体A做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力
D. 天体B做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力
【答案】C
【解析】
【详解】A．由于天体A和天体B绕天体C运动的轨道都是圆轨道，角速度相同，由
可知天体A做圆周运动的加速度大于天体B做圆周运动的加速度，A错误；
B．由公式
角速度相同，可知天体A做圆周运动的线速度大于天体B做圆周运动的线速度，B错误；
C．天体A做圆周运动的向心力是B、C的万有引力的合力提供的，即
所以天体A做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力，C正确；
D．天体B做圆周运动的向心力是A、C的万有引力的合力提供的，即
所以天体B做圆周运动的向心力小于天体C对它的万有引力，D错误。
故选C。
4. 如图所示，毛毛虫沿着树枝向上爬行一段距离，树枝与水平方向有一定夹角，则在该运动过程中（ ）
A. 树枝对毛毛虫做的功为零
B. 重力对毛毛虫做的功为零
C. 树枝对毛毛虫的弹力做负功
D. 摩擦力对毛毛虫做负功
【答案】A
【解析】
【详解】A．树枝对毛毛虫力为摩擦力与弹力的合力，由平衡条件知，树枝对毛毛虫的力与其重力大小相等方向相反，竖直向上，但树枝对毛毛虫的力没有位移，是毛毛虫的肌肉在做功，属于内力做功，则树枝对毛毛虫做的功为零，A正确；
B．毛虫所受重力方向竖直向下，所以毛毛虫沿着树枝向上爬行一段距离的过程中重力对毛毛虫做负功，B错误；
C．树枝对毛毛虫的弹力与其运动方向垂直，则树枝对毛毛虫的弹力不做功，C错误；
D．毛毛虫受树枝摩擦力为静摩擦力，则摩擦力对毛毛虫不做功，D错误。
故选A。
5. 如图所示，长为L的轻杆，一端固定一个质量为m的小球，另一端固定在水平转轴O上，杆随转轴O在竖直平面内匀速转动，角速度为，某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直，则此时杆与水平面的夹角是（重力加速度为）（　　）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】小球所受重力和轻杆的作用力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律有
解得
故选A。
6. 将一乒乓球竖直向上抛出，乒乓球在运动过程中，它的动能随时间变化的关系的图线如图所示。已知乒乓球运动过程中，受到的空气阻力与速率成正比，重力加速度为g。则乒乓球在整个运动过程中加速度的最大值为（　　）
A. 5g B. 4g C. 3g D. 2g
【答案】A
【解析】
【详解】乒乓球上升时空气阻力向下，下落时空气阻力向上，则上升时加速度大于下落时加速度，由图知，乒乓球下落时逐渐变为受力平衡，有
则乒乓球刚出发时，速度最大，空气阻力最大，加速度最大，有
联立解得
故选A。
7. 若地球半径为R，把地球看作质量分布均匀的球体。“蛟龙号”下潜深度为d，“天宫一号”轨道距离地面高度为h，“蛟龙”号所在处与“天宫一号”所在处的加速度大小之比为（质量分布均匀的球壳对内部物体的万有引力为零）（　　）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】设地球的密度为ρ，则在地球表面，物体受到的重力和地球的万有引力大小相等，有
由于地球的质量为
所以重力加速度的表达式可写成
质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，故在深度为d的地球内部，受到地球的万有引力即为半径等于（R－d）的球体在其表面产生的万有引力，故“蛟龙号”的重力加速度
所以有
根据万有引力提供向心力有
G＝ma
“天宫一号”所在处的重力加速度为
a＝
所以
，
故选C。
8. 如图所示，两个圆锥内壁光滑，竖直放置在同一水平面上，圆锥母线与竖直方向夹角分别为30°和60°，有A、B两个质量相同的小球在两圆锥内壁等高处做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A. A、B球受到的支持力之比为：3
B. A、B球向心力之比为：1
C. A、B球运动的角速度之比为3：1
D. A、B球运动的线速度之比为1：3
【答案】C
【解析】
【详解】A．对两球分别进行受力分析可得
，
解得
A错误；
B．两球做匀速圆周运动，分别有
，
联立解得
B错误；
C．两球做匀速圆周运动，有
，
设两球距离锥尖的高度为h，根据几何关系有
，
解得
C正确；
D．A、B球运动的线速度之比为
D错误。
故选C。
9. 如图所示，一卫星在距地面高度刚好等于地球半径的轨道上做匀速圆周运动，其轨道平面与地球赤道平面重合，转动方向和地球自转方向相同，在地球赤道上某处有一个可以接收卫星信号的基站。已知地球的半径为R，自转周期为T，第一宇宙速度为v，引力常量为G，则由以上信息可求得（　　）
A. 地球的质量为
B. 该卫星的周期为
C. 基站能够连续接收到卫星信号的最长时间为
D. 地球同步卫星的轨道径为
【答案】D
【解析】
【详解】A．由于地球的第一宇宙速度为
而
两式联立可解得地球质量
选项A错误；
B．由万有引力提供向心力可得
结合
可解得卫星围绕地球做圆周运动的周期
选项B错误；
C．以地球为参考系，则卫星围绕地球做圆周运动的角速度为
基站能够连续接收到的卫星信号范围如图所示，由几何关系可知，故基站能够连续接收到卫星信号的最长时间为
解得
选项C错误；
D．由于同步卫星的周期与地球自转的周期相同，设同步卫星的轨道半径为r，则有
解得
选项D正确。
故选D。
10. 如图所示，在某行星表面上有一倾斜的匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30，圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度转动，盘面上离转轴距离L处有一小物体与圆盘保持相对静止，当圆盘的角速度为ω时，小物块刚要滑动。物体与盘面间的动摩擦因数为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），该星球的半径为R，引力常量为G，下列说法正确的是（　　）
A. 这个行星的质量
B. 这个行星的第一宇宙速度
C. 这个行星的同步卫星的周期是
D. 离行星表面距离为R的地方的重力加速度为
【答案】D
【解析】
【详解】AD．物体在圆盘上受到重力、圆盘的支持力和摩擦力，由题意可知当物体转到圆盘的最低点，且所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大时，角速度最大，设星球表面的重力加速度为g，根据牛顿第二定律得
解得
根据在该行星表面物体受到的万有引力等于重力得
离行星表面距离为R的地方有
解得
，
故A错误，D正确；
B．第一宇宙速度是卫星在星球表面附近环绕星球做匀速圆周运动时具有的速度，在星球表面，根据万有引力等于重力，提供向心力得
解得
故B错误；
C．不知道同步卫星的高度，所以不能求出同步卫星的周期，故C错误；
故选D。
二、非选择题：共5题，共60分。其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置。
（1）下列实验的实验方法与本实验相同的是_________。
A．验证力的平行四边形定则
B．验证牛顿第二定律
C．伽利略对自由落体的研究
（2）若长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等。探究向心力和角速度的关系时，若将传动皮带套在两半径之比等于3：1的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板_________和挡板_________处（填“A”、“B”或“C”），则标尺露出红白相间的等分格数的比值约为_________。若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，可以发现向心力F与_________成正比。
（3）为了能探究向心力大小的各种影响因素，左右两侧塔轮_________（填“需要”或“不需要”）设置半径相同的轮盘。
（4）你认为以上实验中产生误差的原因有_________（写出一条即可）。
（5）利用传感器升级实验装置，用力传感器测压力，用光电计时器测周期进行定量探究。某同学多次改变转速后，记录一组力与对应周期数据，他用图像法来处理数据，结果画出了如图所示的图像，该图线是一条过原点的直线，请你分析他的图像横坐标x表示的物理量是_________。
A．T B． C．T2 D．
【答案】 ①. B ②. A ③. C ④. 1：9 ⑤. 角速度的平方 ⑥. 需要 ⑦. 小球转动半径引起的误差##弹簧测力筒的读数引起的误差##皮带打滑引起的误差等 ⑧. D
【解析】
【详解】（1）[1]本实验所用的研究方法是控制变量法，与验证牛顿第二定律实验的实验方法相同。
故选B。
（2）[2][3][4]若探究向心力和角速度的关系时，则要保持质量和半径不变，即要将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C上；若将传动皮带套在两半径之比等于3：1的的轮盘上，因两轮盘边缘的线速度相同，则角速度之比为1：3，则向心力之比为1：9，则标尺露出红白相间的等分格数的比值约为1：9。
[5]若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，可以发现向心力F与角速度的平方成正比。
（3）[6]为了能探究向心力大小的各种影响因素，因为要研究角速度一定时向心力与质量或半径的关系，则左右两侧塔轮需要设置半径相同的轮盘。
（4）[7]以上实验中产生误差的原因有：小球转动半径引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差；皮带打滑引起的误差等。
（5）[8]根据
纵标表示向心力F，则图像横坐标x表示物理量是。
故选D。
12. 由于地球自转的影响，地球表面的重力加速度会随纬度的变化而有所不同：若地球表面两极处的重力加速度大小为g0，在赤道处的重力加速度大小为g，地球自转的周期为T，引力常量为G，地球可视为质量均匀分布的球体。求：
（1）地球半径R；
（2）若地球自转速度加快，当赤道上的物体恰好能“飘”起来时，求此时地球自转周期T'。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）在地球表面两极
在赤道处，由牛顿第二定律可得
解得
（2）赤道上的物体恰好能飘起来，物体受到的万有引力恰好提供向心力，由牛顿第二定律可得
解得
13. 如图甲所示，静止在水平地面上一个质量为的物体，在水平推力F作用下运动，推力F随位移x变化的图像如图乙所示，已知物体与地面之间的动摩擦因数为，。求：
（1）运动过程中物体的最大加速度大小；
（2）物体速度最大时距出发点的距离；
（3）物体停止的位置距出发点的距离。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由牛顿第二定律得
其中
解得
（2）由题图乙得出，推力F随位移x变化的关系为
速度最大时，物体的加速度为零，则
解得
（3）F与位移x的关系图线与x轴围成的面积表示F所做的功，即
对全程运用动能定理得
解得
14. 某同学设计贯通地球弦线列车隧道：质量为m的列车不需要引擎，从入口的A点由静止开始穿过隧道到达另一端的B点，为隧道的中点，与地心O的距离为，地球是半径为R的质量均匀分布的球体，地球表面的重力加速度为g。已知，质量均匀分布的球壳对球内物体引力为0，P点到的距离为x，不计空气阻力与摩擦。求：
（1）列车在隧道中A点的合力F；
（2）列车运动到P点时的加速度a；
（3）列车运动过程中的最大速度v。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）设列车在A时，，列车在A点受到地球的引力
列车在A点受到合力
根据几何关系有
解得
（2）设地球的质量为M，列车运动到P点距地心为r，，根据几何关系有
列车运动到P点加速度
地球为均匀球体
又
解得
（3）列车在隧道内距的距离x时合力，F随x均匀变化，列车在点有最大速度，则有
解得
15. 如图所示，ABCD为固定在竖直平面内的光滑轨道，AB段为水平轨道，BC段为圆心角θ=37°、半径为6l的圆弧轨道，CD段平直倾斜轨道，各段轨道均平滑连接。AB段的右侧有一缓冲装置，劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，轻杆与槽间的滑动摩擦力Ff=4mg，轻杆向右移动不超过l时，装置可安全工作。若将一质量为m的滑块从C点由静止释放，滑块撞击弹簧后将导致轻杆向右移动。轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
（1）若滑块从C点由静止释放，经过圆弧轨道B点时，求滑块对轨道的压力；
（2）为使缓冲装置能安全工作，求允许滑块释放点离C点的最大距离；
（3）在缓冲装置安全工作时，试讨论该物块第一次被弹回后上升距B点的最大高度h'与释放时距B点的高度h之间的关系。
【答案】(1) ；(2)； (3)当，；当，
【解析】
【详解】(1)从C到B的过程中，机械能守恒
根据牛顿二定律
解得
根据牛顿第三定律，滑块对轨道的压力
(2) 小球从C点由静止释放，推动轻杆后，最终小球剩余的动能变成弹性势能
整理得
设滑块释放点离C点的最大距离为x，根据能量守恒定律
整理得
(3) 如果轻杆没被推动，则小球滑到弹簧处的动能最大值为，根据机械能守恒
整理得，小球下降的最大高度
当释放点的高度
轻杆不动，弹回上升的最大高度
而当释放点的高度
轻杆被推动，弹回上升的最大高度